電力電子技術答案王兆安主編(第五版)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 二次測電流的有效值分別為IVD＝Id∕3＝∕3＝（A）ud、iVD1 和 i2a 的波形如下：I2a＝23Id＝（A）u2O wt1uaubucwtudOiVD1Ⅰ Ⅱuab uacⅢ Ⅳ Ⅴ Ⅵubc uba uca ucb uab uacIdwtOi2aOIdwtwt17．三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V，R=1Ω ，L=∞，U2=220V，a=60176。，當①LB=0 和②LB=1mH 情況下分別求 Ud、Id 的值，后者還應求g 并分別作出 ud 與 iT 的波形。解：①當 LB＝0 時：Ud＝＝179。220179。cos60176。＝（V）Id＝（Ud－E）∕R＝（－200）∕1＝（A）②當 LB＝1mH 時Ud＝－ΔUdΔ Ud＝3XBId∕πId＝（Ud－E）∕R解方程組得：Ud＝（ cosα＋3XBE）∕（πR＋3XB）＝（V）Id＝（A）ΔUd＝（V）15又∵ cosa － cos(a + g ) ＝2XBId∕ 6 U2cos(60176。 + g ) ＝γ＝176。－60176。＝176。ud、IVT1 和 IVT2 的波形如下：u2OuaubucwtudⅠuabⅡuacⅢubcⅣubaⅤucaⅥucbuabuacOiVT1OiVT2OIdIdwtwtwt18．單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數的諧波？其中主要的是哪幾次？答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有 2k（k=3…）次諧波，其中幅值最大的是 2 次諧波。變壓器二次側電流中含有 2k＋1（k＝3……）次即奇次諧波，其中主要的有 3 次、5 次諧波。19．三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有 6k（k＝3……）次的諧波，其中幅值最大的是 6 次諧波。變壓器二次側電流中含有 6k177。1(k=3……)次的諧波，其中主要的是 7 次諧波。20．試計算第 3 題中 i2 的 7 次諧波分量的有效值 I2I2I27。解：在第 3 題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為16Id＝（A）于是可得：I23＝2 2 Id∕3π＝2 2 179。∕3π＝（A）I25＝2 2 Id∕5π＝2 2 179。∕5π＝（A）I27＝2 2 Id∕7π＝2 2 179。∕7π＝（A）21．試計算第 13 題中 i2 的 7 次諧波分量的有效值 I2I27。解：第 13 題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id＝（A）由此可計算出 5 次和 7 次諧波分量的有效值為：I25＝ 6 Id∕5π ＝ 6 179。∕5π ＝（A）I27＝ 6 Id∕7π ＝ 6 179。∕7π ＝（A）22．試分別計算第 3 題和第 13 題電路的輸入功率因數。解：①第 3 題中基波電流的有效值為：I1＝2 2 Id∕π ＝2 2 179。∕π ＝（A）基波因數為 n＝I1∕I＝I1∕Id＝∕＝電路的輸入功率因數為：l＝n cosa ＝ cos30176。＝②第 13 題中基波電流的有效值：I1＝ 6 Id∕π ＝ 6 179。∕π ＝（A）基波因數為 n＝I1∕I＝I1∕Id＝電路的輸入功率因數為：l＝n cosa ＝ cos60176。＝23．帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同？答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點：①三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯，且后者需要用平衡電抗器；②當變壓器二次電壓有效值 U2 相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值 Ud 是三相橋式電路的 1/2，而整流電流平均值 Id 是三相橋式電路的 2 倍。17③在兩種電路中，晶閘管的導通及觸發脈沖的分配關系是一樣的，整流電壓 ud 和整流電流 id 的波形形狀一樣。24．整流電路多重化的主要目的是什么？答：整流電路多重化的目的主要包括兩個方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產生的諧波和無功功率對電網的干擾。25．12 脈波、24 脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數的諧波？答：12 脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有 11 次、13 次、23 次、25 次等即 12k177。（k=1，2，3178。178。178。）次諧波，整流輸出電壓中含有 124 等即 12k（k=1，2，3178。178。178。）次諧波。24 脈波整流電路的交流輸入電流中含有 23 次、25 次、47 次、49 次等，即 24k177。1（k=1，2，3178。178。178。）次諧波，整流輸出電壓中含有 248 等即 24k（k=1，2，3178。178。178。）次諧波。26．使變流器工作于有源逆變狀態的條件是什么？答：條件有二：①直流側要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓；②要求晶閘管的控制角απ /2，使 Ud 為負值。27．三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R=1Ω ，L=∞，U2=220V，LB=1mH，當 EM=400V，b=60176。時求 Ud、Id 與g 的值，此時送回電網的有功功率是多少？解：由題意可列出如下 3 個等式：Ud＝(π β )－ΔUdΔ Ud＝3XBId∕πId＝（Ud－EM）∕R三式聯立求解，得Ud＝[ cos(π β )＋3XBEM]∕(πR＋3XB)＝－（V）Id＝（A）由下式可計算換流重疊角：cosa － cos(a + g ) ＝2XBId∕ 6 U2＝cos(120176。 + g ) ＝γ＝176。－120176。＝176。18送回電網的有功功率為P= | EM I d | I d2 R =400179。179。179。1=(W)28．單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1Ω ，L=∞，U2=100V，L=，當 EM=99V，b=60176。時求 Ud、Id 和g 的值。解：由題意可列出如下 3 個等式：Ud＝(πβ)－ΔUdΔUd＝2XBId∕πId＝（Ud－EM）∕R三式聯立求解，得Ud＝[πR (πβ)＋2XBEM]∕（πR＋2XB）＝－（V）Id＝（A）又∵cosa － cos(a + g ) ＝ 2 I d X B ∕U2=即得出cos(120176。 + g ) =換流重疊角g ＝176。 120176。=176。29．什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？答：逆變運行時，一旦發生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變為順向串聯，由于逆變電路內阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質量，留出充足的換向裕量角β 等。30．單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載或電感負載時，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？答：單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 180176。，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 90176。三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 120176。，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 90176。31．三相全控橋，電動機負載，要求可逆，整流變壓器的接法是 D，y5，采用 NPN19鋸齒波觸發器，并附有滯后 30176。的 RC 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯結形式。解：整流變壓器接法如下圖所示ABCabc以 a 相為例，ua 的 120176。對應于α=90176。，此時 Ud=0，處于整流和逆變的臨界點。該點與鋸齒波的中點重合，即對應于同步信號的 300176。，所以同步信號滯后 ua 180176。，又因為RC 濾波已使同步信號滯后 30176。，所以同步信號只要再滯后 150176。就可以了。滿足上述關系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯結形式如下兩幅圖所示。AsaAcBsbbsbscsascsbCscsaCsaBasbsc各晶閘管的同步電壓選取如下表：晶閘管同步電壓VT1usbVT2usaVT3uscVT4usbVT5usaVT6usc20第 4 章逆變電路1．無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側接電網，即交流側接有電源。而無源逆變電路的交流側直接和負載聯接。2．換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有 4 種：器件換流：利用全控器件的自關斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。電網換流：由電網提供換流電壓，只要把負的電網電壓加在欲換流的器件上即可。負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時，可實現負載換流。強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據電路形式的不同采用電網換流、負載換流和強迫換流 3 種方式。3．什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質分類，直流側是電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要特點是：①直流側為電壓源，或并聯有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗。②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。③當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯了反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點是：①直流側串聯有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗。②電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。21③當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關器件反并聯二極管。4．電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？答：在電壓型逆變電路中，當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯了反饋二極管。當輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經電路中的可控開關器件流通，而當輸出電壓電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側電感來緩沖。當需要從交流側向直流側反饋無功能量時，電流并不反向，依然經電路中的可控開關器件流通，因此不需要并聯反饋二極管。5. 三相橋式電壓型逆變電路，180176。導電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值 UUN1m和有效值 UUN輸出線電壓的基波幅值 UUV1m 和有效值 UUV輸出線電壓中 5 次諧波的有效值 UUV5。解：輸出相電壓的基波幅值為U UN1m =輸出相電壓基波有效值為：2U dp= d =(V)U UN1 =輸出線電壓的基波幅值為U UN1m2= d =45(V)U UV1m =輸出線電壓基波的有效值為2 3U dp=